آموزش تعمیر مدار آنتن موبایل و تبلت بخش اول

 

مقدمه

از آنجا که گوشی های موبایل و تبلت ها دستگاه های سیار هستند ( کلمه موبایل در لغت به معنای سیار می باشد) برای برقرای ارتباط با شبکه تلفن همراه (PLMN) باید از امواج رادیویی استفاده کنند . امواج رادیویی زیر مجموعه ای از طیف وسیع فرکانسی هستند و چون فرکانس خیلی پایین تری  نسبت به فرکانس نور قرمز دارند( قرمز پایین ترین فرکانس در نورهای مرئی است)   توسط چشم انسان قابل رویت نیستند . محدوده فرکانسی بکار رفته در شبکه تلفن همراه در محدوده امواج رادیویی UHF قرار دارد و معمولا فرکانسی بین 850 مگا هرتز تا 2600 مگاهرتز دارند. مهم ترین باند های بکار رفته در شبکه تلفن همراه باندهای 850 مگاهرتز، 900 مگاهرتز، 1800 مگاهرتز و 1900 مگاهرتز برای نسل دوم شبکه تلفن همراه  ، 850 مگاهرتز، 900 مگاهرتز، 1800 مگاهرتز، 1900 مگاهرتز و 2100 مگاهرتز برای نسل سوم  ،  700 / 800 / 900 / 1800 / 2100 / 2300 / 2600 برای نسل چهارم می باشد. استفاده از امواج رادیویی به دلیل ماهیت امواج و چالش های مخابرات بی سیم باعث پیچیده شدن مدار آنتن گوشی های تلفن همراه شده است . در این آموزش ابتدا به شرح قسمت بلوک دیاگرام مدار آنتن گوشی های شبکه دوم و تعاریف اولیه پرداخته ایم .و پس از آن در بخش دوم آموزش به تفاوت مدار آنتن در گوشی های جدیدتر و عیب های مربوط به آنتن و نحوه تشخیص و بر طرف کردن عیب بیان شده است. لازم به ذکر است که بلوک رادیویی دارای مدار پیچیده ای است. در آموزش تلاش کرده ایم که به ساده ترین بیان آن را آموزش دهیم .توصیه می کنم این بخش را چندین بار مطالعه فرمایید.

بلوک دیاگرام مدار آنتن موبایل و تبلت های با پشتیبانی شبکه نسل دوم تلفن همراه (2G)

 

 

شرح اجزای ( بلوک های) مهم مدار RF

بخش RX

بخش گیرنده مدار است که شامل قطعات مهم RF Chip، فیلترهای SAW می باشد .

بخش TX

بخش فرستنده مدار است که مهمترین قطعه آن Power Amplifier می باشد و وظیفه تقویت سیگنال های ارسالی را به عهده دارد.

قطعات مدار آنتن و وظیفه آنها

آنتن

این قطعه که در تمام مدارات فرستنده و گیرنده بی سیم رادیویی بکار می رود، باعث تقویت سیگنال و افزایش کیفیت ارسال و دریافت می شود . طول آنتن متناسب با طول موج سیگنال است و هرچه طول موج کوچکتر باشد آنتن نیز کوچکتر است (طول موج با فرکانس نسبت عکس دارد)

سمبل مداری آنتن

سمبل مداری آنتن در مدارات موبایل و تبلت

از آنجا که قطعه آنتن در بیشتر نقشه های (شماتیک) موبایل و تبلت بر روی برد مونتاژ نشده است و با فنر یا کابل کواکسیال به برد متصل می شود، در بسیاری از شماتیک ها محل اتصال فنرها یا کانکتور اتصال دهنده را ترسیم کرده اند. شکل زیر این مطلب را به تصویر کشیده است.

شکل ظاهری قطعه  آنتن در سامسونگ نوت 8

علایم خرابی آنتن و مشکلات مربوطه

قطعه آنتن به خودی خود خرابی ای ندارد ، اما عدم اتصال صحیح آنتن به مادربرد ضعف شدید آنتن دهی را به دنبال دارد. همچنین زمان تعویض قاب و شاسی گوشی باید دقت کرد که قطعه آنتن از شاسی قدیمی گوشی به قاب و شاسی جدید منتقل شود.

کابل کواکسیال یا کابل هم محور

در بسیاری از گوشی های موبایل و تبلت های جدید برای اتصال قطعه آنتن به مادربرد از کابل هم محور که به آن کابل کواکسیال گفته می شود استفاده می کنند.دلیل استفاده از کابل کواکسیال به جای سیم معمولی، نویز پذیری پایین و افت سیگنال در فرکانس بالا می باشد.

ساختار کابل هم محور

در مرکز کابل هم محور یا Coaxial از یک سیم خشک یا رشته ای به عنوان هسته (که سیگنال) از طریق آن منتقل می شود) استفاده شده و هسته توسط یک عایق پوشیده شده است لایه بعدی یک سیم بافته شده است که به گراند (GND) دستگاه متصل می شود و نویز را به زمین منتقل می کند.در بیرونی ترین لایه مجددا عایق وجود دارد. شکل زیر را مشاهده فرمایید.

نمونه ای از کابل هم محور بکار رفته در موبایل به همراه کانکتورهای دو سر آن

در شکل فوق به کانکتورهای دو سر کابل کواکسیال درون تصویر دقت فرمایید . این کابل ها در اکثر موارد با کانکتور به برد متصل می شوند .اما گاهی بدون کانکتور مستقیما لحیم کاری می شوند.

علایم خرابی کابل هم محور در موبایل و تبلت

وجود هر گونه زدگی یا شکستگی در کابل

لق شدن یا جدا شدن کانکتورها

نکته!

در صورت خرابی کابل کواکسیال و یا عدم اتصال صحیح آنتن به مادربرد آنتن دهی گوشی به شدت ضعیف خواهد شد.لازم به ذکر است که در مناطقی که سیگنال شبکه ضعیف باشد ممکن است گوشی کلا آنتن دهی نداشته باشد.

پارامترهای مهم در انتخاب کابل کواکسیال به منظور جایگزین با کابل خراب

1- طول کابل

2-ضخامت کابل

3-امپدانس کابل ( اکثر کابل های هم محور بکار رفته در گوشی های موبایل و تبلت ها دارای امپدانس 50 اهم می باشند).

4- نوع سوکت کابل یا نوع اتصال

آنتن هوایی External Antenna

در گوشی های قدیمی به علت عدم پوشش دهی کافی شبکه موبایل، کانکتوری در گوشی تعبیه شده بود که در نقاطی که آنتن دهی ضعیف است، امکان اتصال آنتن هوایی برای گوشی فراهم می شود. در صورتی که آنتن هوایی

به گوشی متصل نشده باشد کانکتور آنتن هوایی، آنتن داخلی گوشی را به مدار RF متصل می کند.

علایم خرابی کانکتور آنتن هوایی

در صورتی که  کانکتور آنتن هوایی دچار قطعی داخلی شود،به علت قطع شدن مسیر آنتن داخلی، آنتن دهی بشدت ضعیف خواهد شد.

کانکتور External RF pattern

در گوشی های جدید با وجود اینکه آنتن هوایی حذف گردیده کانکتور دیگری شبیه آن در مادربرد وجود دارد که البته مانند گوشی های قدیمی دیگر از بیرون گوشی قابل رویت نیست. این کانکتور به منظور تزریق سیگنال الگوی رادیویی به منظور تست دستگاه بر روی مادربرد تعبیه شده است.کانکتور مشخص شده در شکل زیر (کادر قرمز رنگ) کانکتور RF می باشد. دو نقطه ای که به رنگ زرد در تصویر مشخص شده است پایه های ورودی و خروجی آن است که باید به هم وصل باشد .

نحوه تست کانکتور RF یا کانکتور آنتن هوایی

اگر بخواهیم سلامت کانکتور آنتن هوایی یا RF را تست کنیم مولتی متر را در حالت تست اتصال کوتاه (تست بازر) قرار داده و دو پراپ مولتی متر را به دوپایه ای که در شکل زیر با شکل بیضی رنگ زرد نشان داده شده است، متصل می کنیم اگر اتصال برقرار بود ( صدای بوق شنیده شد) ، کانکتور سالم است.

شکل ظاهری نمونه ای از آنتن هوایی

مدار فیلتر بالاگذر ورودی و تطبیق امپدانس

همانطور که می دانید فرکانس مدار آنتن موبایل و تبلت، فرکانسی بالا و در نسل دوم موبایل دارای فرکانسی حدود 900 تا 1900 مگاهرتز می باشد. از اینرو برای حذف سیگنال های ناخواسته(نویز) از فیلتر بالاگذر استفاده شده است. سلف L702 و خازن C729 در شماتیک فوق یک فیلتر بالاگذر را تشکیل می دهند . همچنان این قطعات نقش تطبیق امپدانس آنتن را با مدار را نیز بر عهده دارند.

علایم خرابی مدار تطبیق امپدانس و فیلتر بالا گذر

هر گونه خرابی یا لحیم سردی در مدار تطبیق امپدانس باعث ضعف شدید در آنتن دهی دستگاه می شود.

Duplexer یا سویچ آنتن

به زبان خیلی ساده سویچ آنتن یا Duplexer قطعه ای است که زمان دریافت آنتن را به مدار گیرنده و زمان ارسال آنتن را به مدار فرستنده متصل می کند. در واقع بجای اینکه دو آنتن در گوشی بکارگیری شود، یک آنتن استفاده شده و سویچ آنتن در زمان نیاز آن را به مدار گیرنده یا فرستنده سویچ می کند.پایه های Vcont1 و Vcont2 پایه های کنترلی سویچ آنتن است که به RF Chip متصل می شود . این پایه ها هستند که تعیین می کنند که کدام باند فرکانسی (800MHz،900MHz،1800MHz) انتخاب شوند و همچنین چه زمانی آنتن سویچ، آنتن را به فرستنده و چه زمانی آن را به گیرنده متصل کند.

سمبل مداری سویچ آنتن یا Duplexer

در شکل قبل قطعه با شماره فنی LMSP65BA-101 ، قطعه سویچ آنتن می باشد.

شکل ظاهری سویچ آنتن در گوشی نوکیا N70

شکل ظاهری سویچ آنتن در هواوی P6

علایم خرابی سویچ آنتن

از آنجا که ماژول های سویچ آنتن غالبا از لحاظ نصب بر روی برد از نوع BGY هستند، هنگام ضربه خوردن گوشی یا تبلت، این قطعات دچار شکستگی در پایه ها، لحیم های پایه ها و کف ماژول ( به ویژه در نوع سرامیکی ) می شوند و این مشکل باعث ایجاد عدم آنتن دهی یا پرش آنتن در گوشی می‌شود.

فیلترهای SAW

پس از اتصال آنتن به مدار گیرنده توسط قطعه داپلکسر، سیگنال دریافتی به فیلترهای  SAW که در واقع فیلترهایی با نویز و افت سیگنال کم و از نوع میانگذر می باشند، متصل می شوند و سیگنال های ناخواسته آن حذف می گردد. فیلترهای SAW با بدنه فلزی و پلاستیکی در بازار موجود می باشند.همچنین این فیلترها به صورت تک باندی یا چند باندی وجود دارند.

شکل ظاهری نمونه هایی از فیترهای SAW بکار رفته در تلفن های همراه و تبلت ها

 

علایم خرابی فیلتر SAW

در گوشی هایی که فیلترهای سه گانه 900 مگاهرتز، 1800 مگا هرتز و 1900 مگاهرتز به صورت مجزا بکار رفته اند خرابی هر یک باعث عدم آنتن دهی گوشی در آن باند فرکانسی می شود.و در گوشی هایی که این قطعه بصورت پکیچ مولتی باند وجود دارد خرابی آن  باعث عدم آنتن دهی گوشی می شود.

LNA

Low Noise Amplifier یا تقویت کننده کم نویز ، نوعی تقویت کننده ویژه سیگنال های رادیویی است که هنگام تقویت نویز بسیار پایینی دارد . در برخی از گوشی ها سیگنال قبل از ورود به فیلتر SAW توسط یک LNA تقویت می شود . در اکثر گوشی های جدید این قطعه کمتر به صورت مجزا دیده می شود.

RF Chip

Rf Chip قلب مدار رادیویی است . مهمترین وظیفه این قطعه مدولاسیون و دمدولاسیون است. این قطعه برای انجام مدولاسیون و دمدولاسیون به دو فرکانس دقیق احتیاج دارد که فرکانس ثابت توسط قطعه VCTCXO (که به کریستال اصلی یا کریستال RF نیز معروف است) تولید می شود. فرکانس دقیق و قابل تغییر که به منظور انتخاب دقیق کانال های فرکانسی تولید می شود، توسط قطعه ای به نام VCO تولید می شود . برای درک بیشتر این مطالب لازم است که مفاهیم پایه ای زیر را توضیح دهیم.

مدولاسیون

تعریف مدولاسیون

به انتقال ویژگی های سیگنال پیام که معمولا دارای فرکانس پایین است به یک سیگنال با فرکانس بسیار بالاتر ( سیگنال حامل) به منظور مخابره از فرستنده به گیرنده مدولاسیون گفته می شود.

مزایای کلی مدولاسیون

پهنای باند مطلوب و بالاتر

تاثیر کمتر نویز بر سیگنال پیام

تطابق بیشتر با کانال مخابراتی

طول آنتن کمتر و نتیجه آنتن کوچکتر

انواع مدولاسیون

بطور کلی سه مدولاسیون مهم وجود دارد

مدولاسیون دامنه Amplitude Modulation

در مدولاسیون دامنه( AM ) تغیرات دامنه پیام بر دامنه سیگنال حامل تاثیر دارد. به شکل بالا دقت کنید . بالاترین شکل (Signal) سیگنال پیام است که تغییرات آن نمایش داده می شود . زمانی که دامنه پیام در پایین ترین مقدار خود قرار گرفته است، دامنه موج مدوله شده( شکل وسط)  هم در پایین ترین مقدار خود قرار دارد . و زمانی که دامنه پیام بالاترین مقدار خود را دارد ، دامنه سیگنال حامل نیز بالاترین مقدار را دارد .در نتیجه تغییرات دامنه سیگنال حامل تابعی از تغییرات دامنه سیگنال پیام است.

مزیت و عیب مدولاسیون AM

مزیت مدولاسیون AM، سادگی مدار آشکار ساز آن و عیبش نویز پذیری بالا می باشد.

مدولاسیون فرکانس Frequency Modulation

در مدولاسیون FM تغییرات دامنه پیام بر فرکانس حامل تاثیر دارد. سیگنال مدوله شده شکل بالا این مدولاسیون را شرح می دهد.

مزیت و عیب مدولاسیون FM

مزیت مدولاسیون FM نویز پذیری پایین می باشد . زیرا اکثر نویزها بر دامنه سیگنال تاثیر گذار هستند و در مدولاسیون FM دامنه سیگنال مدوله شده اطلاعاتی را در بر ندارد.

مدولاسیون فاز Phase Modulation

تغییرات سیگنال پیام بر فاز حامل تاثیر دارد

مدولاسیون های بکار رفته در موبایل و تبلت

مدولاسیون های بکار رفته در موبایل و تبلت از نوع مدولاسیون های دیجیتال می باشند که معروف ترین آنها مدولاسیون GMSK و 8PSK می باشند.

VCO

Voltage Control Oscillator یا نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ، یک مولد سیگنال های دقیق است . فرکانس خروجی این قطعه تابعی از ولتاژ ورودی آن می باشد . در این قطعه از مداری به نام PLL استفاده شده است.

علایم خرابی VCO

از آنجا که این قطعه وظیفه تولید فرکانس مورد نیاز برای انتخاب کانال رادیویی را بر عهده دارد، خرابی آن می تواند باعث گیر کردن گوشی در حالت Searching یا عدم آنتن دهی شود .

سمبل مداری نمونه از قطعه VCO

Power Amplifier

تقویت کننده قدرت که به PA یا PF نیز معروف است، وظیفه تقویت سیگنال های ارسالی به BTS  ( آنتن شبکه موبایل) را بر عهده دارد.این قطعه معمولا تغذیه DC مورد نیاز خود را مستقیما از باتری می گیرد.به علت مصرف بالای PA  خرابی این قطعه بسیار زیاد است.

علایم خرابی Power Amplifier

از آنجا که  آی سی Power Amplifier  تغذیه خود را مستقیما از باتری می گیرد، در صورت اتصال کوتاه شدن باعث جریان کشی زیاد قبل از فشردن کلید پاور می شود .

در صورتی که آی سی PA نیم سوز شده باشد، گوشی روشن می شود و جریان کشی زیادی را هنگام تماس خواهد داشت.

اگر هنگام فشردن کلید تماس گوشی ناگهان خاموش شود می تواند به دلیل وجود لحیم مردگی یا خرابی PA باشد.

جریان کشی زیاد هنگام برقراری تماس نسبت به گوشی سالم مشابه از علایم خرابی PA است.

سمبل مداری آی سی PA

شکل ظاهری آی سی PA

مراحل دریافت سیگنال از شبکه موبایل تا تبدیل به صدا یا دیتا

در مدار فوق سیگنال دریافتی توسط آنتن گوشی جذب می‌شود. در مسیر آنتن معمولا  یک یا چند قطعه سلف و خازن قرار دارند که نقش یک فیلتر بالاگذر و همچنین تطبیق امپدانس را بازی می کنند. بعد از آن یک کانکتور که درحالت عادی کلید Normal Close است به عنوال اتصال دهنده آنتن هوایی قرار گرفته است که سیگنال دریافتی را به سوییچ آنتن یا Duplexer هدایت می کند. باتوجه به اینکه مدار در حالت دریافت می باشد سیگنال به سمت فیلترهای  SAW که نوعی فیلتر میانگذر می باشند هدایت می شود و پس از حذف سیگنال های ناخواسته وارد RF Chip می شود . سیگنال وارد شده که یک موج مدوله شده است به کمک فرکانس های تولید شده دقیق VCTCXO و VCO دمدوله می شود و سیگنال پیام از آن استخراج می گردد . سیگنال پیام استخراج شده یک سیگنال فشرده شده و رمز شده می باشد که با ذخیره در حافظه موقت از حالت فشرده و رمز شده خارج می گردد . سیگنال بدست آمده یک سیگنال دیجیتال می باشد . اگر پیام از نوع دیتا باشد، توسط CPU پردازش می شود و به فرمت اصلی آن تبدیل می گردد و اگر پیام از نوع صوت باشد به منظور تبدیل آن به سیگنال الکتریکی آنالوگ به آی سی صوتی وارد می شود و سپس توسط قطعه Earpiece  به صدا تبدیل می شود.

مراحل ارسال صدا یا دیتا از میکروفون تا آنتن و ارسال به شبکه موبایل

صوت با ورود به میکروفون از صدا به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. در صورتی که میکروفون از نوع دیجیتالی باشد سیگنال خروجی آن نیز دیجیتال است در نتیجه این سیگنال جهت پردازش (فشرده سازی و رمزنگاری) به CPU ارسال می شود و در صوتی که میکروفون از نوع خازنی باشد صدا توسط میکروفون به سیگنال الکتریکی آنالوگ تبدیل شده و به منظور تبدیل به سیگنال دیجیتال آی سی صوتی می رود و بعد آن به منظور پردازش به CPU می رود. سپس به آی سی RF Chip وارد شده و مدوله می شود در مرحله بعدی سیگنال مدوله شده به آی سی تقویت کننده سیگنال های ارسالی (Power Amplifier)   وارد شده و تقویت می شود .سرانجام  سیگنال نهایی تقویت شده به داپلکسر (سوییچ آنتن) به منظور اتصال به آنتن و انتشار و ارسال به آنتن شبکه موبایل منتقل می شود .

 

منابع و مراجع

مطالعات و تحقیقات مهندس بی‌اذیّت در موبایل و تیبلت

https://www.murata.com/products/inductor/chip/app/app1/mobile/mobileindex/saw

https://ieeexplore.ieee.org/document/1193365/

https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=BGC405E6327